روکش لیزری این فناوری شامل قرار دادن یک ماده روکش انتخابی روی سطح یک زیرلایه با استفاده از روش‌های مختلف پرکننده است. از طریق تابش لیزر، یک لایه نازک از سطح زیرلایه ذوب و به سرعت جامد می‌شود و یک پوشش سطحی پیوند یافته متالورژیکی با رقت بسیار کم تشکیل می‌دهد. این امر به طور قابل توجهی خواص سطحی ماده زیرلایه مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خواص الکتریکی را افزایش می‌دهد.

طبقه بندی روکش کاری لیزری

بر اساس نوع مواد مورد استفاده و اتصال آنها با پرتو لیزر، رایج است روکش لیزری فناوری‌ها را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد: روکش‌کاری لیزری پودری هم محور، روکش‌کاری لیزری پودری خارج از محور (که روکش‌کاری لیزری پودری جانبی نیز نامیده می‌شود)، روکش‌کاری لیزری پرسرعت (که روکش‌کاری لیزری فوق پرسرعت نیز نامیده می‌شود) و روکش‌کاری لیزری سیمی پرسرعت.

روکش کاری لیزری پودری کواکسیال

پودر کواکسیال روکش لیزری معمولاً از یک لیزر فیبر نیمه‌هادی و یک تغذیه‌کننده پودر گازسوز دیسکی استفاده می‌کند. سر روکش از یک طرح نقطه‌ای دایره‌ای با یک پرتو نور مرکزی و پودر تغذیه‌شده در اطراف آن یا چندین جریان پودر استفاده می‌کند. با یک کانال گاز محافظ ویژه طراحی‌شده، پودر، پرتو نور و گاز محافظ در یک نقطه واحد همگرا می‌شوند، جایی که یک حوضچه مذاب تشکیل می‌شود. با حرکت سر روکش نسبت به قطعه کار، یک لایه روکش روی سطح تشکیل می‌شود.

مزایای روکش لیزر پودری کواکسیال:

آزادی عمل بالا و اتوماسیون آسانکیفیت لایه روکش صرف نظر از جهت حرکت ثابت می‌ماند و آن را برای اتوماسیون با ربات‌های صنعتی یا ماشین‌های چند محوره بسیار سازگار می‌کند.

محافظت خوب در برابر گاز بی‌اثرحوضچه مذاب توسط گازهای بی‌اثر محافظت می‌شود و پایداری فرآیند را بهبود می‌بخشد.

حوضچه مذاب کوچک، گرمایش یکنواخت و مقاومت خوب در برابر ترک خوردگیبرهمکنش یکنواخت بین پودر و نور، کیفیت و دوام بهتر سطح روکش شده را تضمین می‌کند.

روکش کاری لیزری پودری خارج از محور

همچنین به عنوان پودر جانبی شناخته می‌شود روکش لیزریدر این روش از یک لیزر نیمه‌هادی یا فیبری به همراه یک تغذیه‌کننده پودر با نیروی جاذبه استفاده می‌شود. سر روکش از یک نقطه نور مستطیلی شکل به همراه تغذیه جانبی پودر استفاده می‌کند. پودر آلیاژ به سطح قطعه کار منتقل شده و توسط پرتو لیزر ذوب می‌شود و یک حوضچه مذاب تشکیل می‌دهد.

مزایای روکش کاری لیزری پودری خارج از محور:

مصرف بالای موادپودر قبل از ذوب شدن توسط لیزر، از قبل روی سطح رسوب داده می‌شود و به نرخ استفاده از مواد بالای ۹۵٪ دست می‌یابد.

راندمان بالای روکشپرتو مستطیلی امکان افزایش قدرت لیزر و اندازه‌های بزرگتر نقطه را فراهم می‌کند و سرعت روکش‌دهی را بهبود می‌بخشد.

بدون مصرف گاز بی‌اثراین روش گاز بی‌اثر مصرف نمی‌کند، اگرچه نیاز به بررسی دقیق مقاومت در برابر اکسیداسیون پودر دارد.

روکش کاری لیزری فوق سریع

این فرآیند از یک لیزر فیبری با کیفیت بالا و هدهای روکش‌کاری پرسرعت برای دستیابی به سرعت‌های روکش‌کاری بسیار بالا (تا ۲۰۰ متر بر دقیقه) استفاده می‌کند. پودر قبل از ورود به حوضچه مذاب، پیش‌گرم یا کاملاً ذوب می‌شود که به طور چشمگیری زمان لازم برای ذوب پودر را کاهش می‌دهد.

مزایای روکش کاری لیزری فوق سریع:

استفاده از انرژی لیزر بالاپرتو لیزر به طور موثری پودر و قطعه کار را گرم می‌کند، اتلاف انرژی را به حداقل می‌رساند و راندمان روکش را به حداکثر می‌رساند.

نرخ رقت پایینبا سرعت‌های بالای روکش‌کاری و زمان‌های کوتاه قرارگیری در حوضچه مذاب، نرخ رقیق‌سازی لایه روکش‌کاری پایین باقی می‌ماند.

زبری سطح پایین و مقاومت در برابر ترک خوردگیاین فرآیند، نقص‌های موجود در لایه روکش‌دار را به حداقل می‌رساند و نتایج با کیفیت بالا را تضمین می‌کند.

روکش کاری لیزری سیمی پرسرعت

سیم پرسرعت روکش لیزری از سیم فلزی به عنوان ماده روکش استفاده می‌کند که به پرتو لیزر تغذیه می‌شود. سیم فلزی ذوب می‌شود تا یک حوضچه مذاب تشکیل شود که برای ایجاد لایه روکش جامد می‌شود.

مزایای روکش کاری لیزری سیمی پرسرعت:

مزایای زیست محیطیاستفاده از سیم به جای پودر، پاشش و گرد و غبار فلز را از بین می‌برد و عملکرد زیست‌محیطی را بهبود می‌بخشد.

مصرف بالای موادسیم کاملاً ذوب شده است و تقریباً 99٪ از مواد استفاده شده است.

راندمان بالای روکشانرژی ورودی کنترل‌شده و سرعت بالای روکش‌کاری منجر به راندمان بالای مواد می‌شود.

تأثیر پارامترهای فرآیند بر اثر روکش

روکش لیزری پارامترهایی از جمله توان لیزر، قطر نقطه، سرعت روکش، افست فوکوس، نرخ تغذیه پودر، سرعت اسکن و دمای پیش گرمایش، به طور قابل توجهی بر میزان رقیق شدن لایه روکش، تشکیل ترک، زبری سطح و چگالی کلی قطعات روکش شده تأثیر می‌گذارند. تنظیمات نامناسب پارامترها می‌تواند منجر به پیوند متالورژیکی ضعیف بین روکش و زیرلایه شود و مانع تشکیل کانال‌های چند لایه شود.

پارامترهای کلیدی فرآیند عبارتند از:

قدرت لیزری: این موضوع حجم مذاب زیرلایه را تعیین می‌کند. افزایش توان منجر به روکش عمیق‌تر می‌شود اما احتمال تخلخل را نیز افزایش می‌دهد. با این حال، توان بالاتر می‌تواند با بهبود انجماد دینامیکی در طول فاز خنک‌کننده، ترک‌ها و تخلخل را کاهش دهد.

قطر نقطهقطر نقطه لیزر بر عرض لایه روکش تأثیر می‌گذارد. در حالی که اندازه‌های کوچک نقطه، کیفیت بهتری را ارائه می‌دهند، نقاط بزرگ برای پوشش سطوح بزرگتر بهتر هستند.

سرعت روکشسرعت روکش‌کاری بر میزان ذوب شدن پودر آلیاژ تأثیر می‌گذارد. اگر خیلی زیاد باشد، پودر به طور کامل ذوب نمی‌شود؛ اگر خیلی کم باشد، حوضچه بیش از حد گرم می‌شود و منجر به از دست رفتن مواد می‌شود.

ویژگی‌های فناوری تشکیل سطح با روکش لیزری

سرعت خنک‌کنندگی سریع و انجماد سریع.

تغییر شکل حرارتی کمبا نرخ رقت پایین و پیوند متالورژیکی عالی بین پوشش و زیرلایه.

انتخاب گسترده مواد: پایه آهن، پایه نیکل، پایه مس، پایه تیتانیوم و غیره.

کنترل ضخامت دقیقضخامت روکش از 0.2 میلی‌متر تا 2 میلی‌متر متغیر است، که برای ترمیم قطعات فرسوده ایده‌آل است.

دقت پردازش بالامناسب برای مناطق کوچک یا مناطقی که پردازش آنها دشوار است.

ادغام آسان اتوماسیون.

سیستم‌های مواد روکش لیزری

انتخاب مواد روکش برای دستیابی به کیفیت و خواص سطح مطلوب بسیار مهم است. معمولاً انتخاب مواد مناسب به خواص فیزیکی و شیمیایی زیرلایه بستگی دارد و ماده روکش باید بر این اساس انتخاب شود.

سیستم‌های مواد:

پودرهای آلیاژی خودگشودهاین پودرها شامل پودرهای پایه آهن، پایه نیکل و پایه کبالت هستند و بیشتر در روکش کاری لیزری استفاده می‌شوند. آن‌ها مقاومت عالی در برابر خوردگی و اکسیداسیون ارائه می‌دهند.

پودرهای کامپوزیتاین مواد، سرامیک‌های با نقطه ذوب بالا مانند کاربیدها، نیتریدها و بوریدها را با فلزات ترکیب می‌کنند و پودرهایی ایده‌آل برای تولید پوشش‌های مقاوم در برابر سایش تشکیل می‌دهند.

پودرهای سرامیکیسرامیک‌های پایه اکسیدی مانند اکسید آلومینیوم و اکسید زیرکونیوم، معمولاً برای تولید پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌شوند.

پودرهای آلیاژی دیگرپودرهای آلیاژی تخصصی پایه مس، پایه تیتانیوم، پایه آلومینیوم و سایر پودرها نیز بسته به الزامات کاربرد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نتیجه

روکش لیزری این فناوری به طور گسترده در صنایعی مانند هوافضا، خودرو، پتروشیمی، متالورژی و حمل و نقل ریلی برای تعمیر و بهبود قطعات حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با ارائه یک راه حل مقرون به صرفه برای تعمیر قطعات آسیب دیده، روکش لیزری هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، کارایی را افزایش می‌دهد و عملکرد را بهبود می‌بخشد. با پیشرفت در لیزرهای پرقدرت و کاهش هزینه‌های تولید، روکش لیزری به موضوعی داغ در تحقیقات دانشگاهی و صنعتی تبدیل شده است.